據記載，月食和日食這兩種非常罕見的自然現象，在查理曼在世的最後三年內經常發生。還有一次，連續七天，太陽上都出現了黑斑，觀察到這種天象的人紛紛議論說，國家裏將要發生一件大事，但當時人們並沒有想到年邁的國王身上，因為他看上去總是非常強健。
接下來的日子裏，又有許多讓人不可思議的事情發生。查理曼曾經在皇宮和他日常做祈禱的教堂之間修建了一座龐大而堅固的走廊，然而走廊在基督升天節那天卻突然倒塌，甚至一直塌到房基。沒過多久，查理曼用了10年時間，以獨特的技術修建而成的橫跨萊茵河的那座木橋，竟意外地著起火來，大火燒了三個小時，最後除了泡在水裏麵的那部分以外，幾乎連一片木板也沒有剩下，而當初這座橋堅固無比，經曆了漫長時光的考驗，在人們看來，它將會永久地橫跨於萊茵河上，沒想到，這場無來由的大火竟然使得它消失殆盡。
聯想起之前的奇異現象，人們開始為皇帝查理曼擔憂。
查理曼最後一次在薩克森進行遠征，迎擊丹麥人的國王戈特夫裏德的時候。有一次他淩晨便起身從帳篷中走出，好在日出以前開始進軍。這時候，他看到一顆璀璨的流星掠空而過，從右向左橫掃晴空，光亮異常。在古代，流星隕落，必定是有什麼征兆，正在大家詫異這個征兆作何解釋時，查理曼所乘的那匹馬突然頭朝下跌倒了，將查理曼猛然摔在地上，查理曼的鬥篷係帶被扯斷，劍帶也從上麵滑了下來。當他的侍衛們跑上來幫助他的時候，他們發現他已是盔零甲落、衣散襟開了。他臨摔下來的時候手裏還拿著的那支投槍，被扔出距他20餘步之遠。這是英勇善戰、行動利落的查理曼之前從來沒有未遇到過的荒唐事件。
然而，蹊蹺的事情還在發生，亞琛的宮殿常常震動，查理曼所住的那些房子的帶條紋的天花板上經常格格作響。他出資修建的一座教堂被閃電擊中，裝飾在屋頂上端的金蘋果中了霹靂。在這所教堂的內部，上下兩層拱門之間，有一圈環形空壁，邊緣鐫有銘文，說明這座神聖的建築物為誰所造，最後一行寫著“查理曼君王”字樣。據說，在查理曼逝世前的幾個月，有些人看到“君王”這個字的字母已經被毀壞得十分模糊了。
盡管種種征兆都預示著可能會有什麼事情發生，而當時的人們也都開始紛紛將這些奇怪的現象。但是查理曼本人卻對這些征兆既不注意，又很輕視，似乎這些與他毫無關係。
查理曼日漸感到年邁體弱，然而由於習慣的原因，他仍然會到距亞琛宮殿不遠的地方打獵。他打獵直到秋盡，大約在11月初才回到亞琛。
那年他回到亞琛過冬，不幸染上了嚴重的熱病，臥倒病榻。為了調養好身體，他按照自己的習慣，決定實行禁食，希望通過這種自我鍛煉，或者可以痊愈，或者可以減輕病勢。但是結果病情卻越來越嚴重。由於他繼續堅持禁食，隻有很少幾次喝點東西來維持他的體力，終因體力不支而去世。
查理曼死後，遺體被送到了亞琛教堂安葬。這座教堂是他為了對救世主耶穌基督表示敬愛，為了對主的聖潔表示尊崇，自己出資興建起來的。最終這裏也成了他的永久的安息地。墳上樹立了一座鍍金的拱門，上麵有他的雕像和銘文。
銘文寫道：“在這座墳墓之下，安息著偉大的信奉正統宗教的皇帝查理曼，他崇高地擴大了法蘭克人的國家，隆盛地統治了四十七年。他逝世時年逾七十，時值我們主的第八百十四年……”